光电式传感器

光电式传感器

光电式传感器的工作原理

光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，其工作原理基于光电效应，通常由光源、光路、光电元件构成。所谓光电效应，是指当光照射到某种物质时，该物质的导电特性发生变化的一种物理现象。光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现的，一般情况下，它有三部分组成，可分为发送器、接收器和检测电路。投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终做出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源——发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器前面装有光学元件——透镜或光圈，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控制。

光电式传感器的分类

光电式传感器按照光电效应可分为三类：（1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等;（2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等;（3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。按光电式传感器信号形式可分为：模拟式光电传感器：位移式光电传感器；数字式光电传感器：转速传感器、光栅式传感器等。

通常，光电传感器还包括光纤传感器、固体图像传感器。光电传感器的应用可归纳为四种基本形式：直射式（辐射式）、吸收式、遮光式、反射式。

光电式传感器的测量的物理量及范围

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起

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光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电传感器的敏感波长在可见光（0．38～0．76um）附近，包括红外线（0．76～1000um）和紫外线波长（0．005～0．4um）。

光电传感器的优缺点

检测距离长。在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段。对检测物体的限制少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不像接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间。分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展，产品的成本大为降低。由于计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不能相适应，那么电子计算机便不能充分发挥应有的作用。如果传感器不能灵敏地感受被测量或不能把感受到的被测量精确地转换成信号。其他仪表和装置精度再高也无意义。近年来，新

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的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进步应用开创了新的一页。

光电式传感器的应用实例

应用一：外线热成像仪

工作原理：所有物体都会发出红外线能量，物体越热，其分子就愈加活跃，它所发出来的红外线能量也就越多。红外线热成像仪就是利用这一现象，通过接收人体热红外线辐射能量，达到检测人的体表温度效果。它将光学镜头、光电传感器、电子驱动组件、光学调变器、以及充电电池等主要组件。它的光学镜头聚集来自人体的辐射红外线能量，并把该能量聚焦在探测器上，能量探测器将光信号转化为电信号，然后经电路进行放大、以热分布图显示出来。人只需要望一下其镜头，检测人员不要一秒钟时间便可以检知该人的体温，如果发现有可疑对象，立即通知该旅客作体温的进一步检测。该系统成像分辨率高、对比度好、响应时间快、非接触式体温检测。

应用二：光电池在光电检测和自动控制方面的应用

光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

应用三：烟尘浊度监测仪。

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增

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加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

[1] 张洪润, 张亚凡.《传感器原理及应用》.清华大学出版社，2008.

[2] 杜向阳, 周渝斌．《机械工程测试技术基础》．清华大学出版社，2009.

[3] 金捷.机电检测技术.北京中国人民大学出版社，2001.

[4] 谢望．光电传感器技术的新发展及应用．天津工业大学机电学院，2005.

[5] 樊尚春．传感器技术新发展．世界电子元器件，2003．

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光电式传感器的技术指标及著名生产厂家

光电传感器的主要技术指标有：静态特性、动态特性、线性度、灵敏度和分辨率。

光电传感器主要参数：1、尺寸；2、传感模式；3、传感范围；4、安装方式；5、输出；6、工作模式；7、工作电压；8、光源；9、连接方式；10、封装材料。特殊功能包括：1、可处理高速和/或高温；2、逻辑控制；3、可计算机编程；4、网络兼容性。

国内外比较著名的生产光电传感器厂家有：德国di-soric、美国MEAS、上海中沪电子、台湾KFPS、浙江华感电子等。

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